專利名稱：雙螺旋環(huán)行攪拌摩擦無匙孔點焊方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于焊接技術領域，特別涉及一種雙螺旋環(huán)行攪拌摩擦無匙孔點焊方法及裝置。
背景技術：
現有的摩擦點焊參見附圖l，該方法是利用圓端面帶軸肩的焊接工具，旋轉插入被焊件， 由于摩擦生熱使被焊材料軟化，從而實現摩擦焊接；焊接工具軸肩上的頂針長度小于被焊材 料的厚度；軸肩的直徑為頂針的直徑的1.5 4.5倍。這種點焊方法已經用于焊接低熔點低硬度 的薄板材料。
其不足之處是焊接點面積小，剪切強度不高，抗拉強度很低，焊接后點焊區(qū)表面中心 處會留有匙孔，由于沒有攪拌的作用，焊點部分的材料沒有充分的混合。
另一種摩擦焊是可伸縮攪拌頭攪拌摩擦焊參見附圖2，該方法是利用特殊形狀和功能的
攪拌頭作為焊接工具，旋轉插入被焊件，并沿焊縫前進而實現縫焊。該攪拌頭由軸肩和軸肩 上的可伸縮攪拌針構成。在焊接過程中，攪拌針從軸肩中伸出一定的長度；在焊接過程的末 尾階段，攪拌針完全縮到軸肩內部，使得攪拌頭的圓端面為一光滑平面或曲面。該焊接方法 用于焊接低熔點低硬度的薄板材料的各種接頭。其不足之處是只能進行縫焊，不能進行點 焊。

發(fā)明內容
針對現有技術中摩擦點焊焊接沒有攪拌作用，焊接后表面留有匙孔及摩擦點焊剪切強度 和抗拉強度很低的缺點；本發(fā)明提供一種雙螺旋環(huán)行攪拌摩擦無匙孔點焊方法及裝置。
本發(fā)明的焊接裝置包括機床垂直導軌、低速驅動伺服電機、偏心輪、伸縮驅動伺服電機、 伸縮機構、固定架、高速驅動電機、主驅動傳動機構、行星輪系、攪拌軸、夾具頭、攪拌摩 擦工具、被焊件、工作臺等部件。
該裝置的固定架安裝在機床的垂直升降導軌上，通過在機床垂直導軌上的直線運動，實 現攪拌摩擦工具的垂直方向運動。
固定架為結構的安裝基體和其它部件的運動基準。
高速驅動電機、低速驅動電機、主驅動傳動機構及行星輪系均安裝在固定架上。 高速驅動電機與主驅動傳動機構相連接，主驅動傳動機構與行星輪系連接，主驅動傳動 機構可采用帶傳動或齒輪傳動，安裝在固定架上的低速驅動伺服電機與偏心輪的中心軸相連接，在偏心輪上裝有攪拌軸，攪拌軸通過一個伸縮機構與伸縮驅動伺服電機相連接，伸縮機 構采用螺紋升降，攪拌軸的下部裝有夾具頭，攪拌軸的底端裝有攪拌摩擦工具頭，攪拌摩擦 工具頭的中心裝有可伸縮的摩擦攪拌針，行星輪系軸與偏心輪相連接，要求偏心輪中心軸線與攪拌軸線及行星輪系軸線共面，偏心輪所開的2個軸孔在徑向上。
高速驅動電機、低速驅動電機與可伸縮的驅動電機分別與裝置的電控系統(tǒng)相連接。 高速驅動電機、行星輪系、攪拌軸、攪拌摩擦工具為裝置的主傳動；實現雙螺旋運動的攪拌運動。
低速驅動伺服電機和偏心輪控制攪拌摩擦工具的環(huán)行運動。
伸縮驅動伺服電機和伸縮機構，控制攪拌摩擦工具中心的攪拌針的位置，實現攪拌針的 伸縮。
工作臺的升降機構用于固定被焊接件。
使用本發(fā)明進行焊接的方法-
采用上述的雙螺旋環(huán)行攪拌摩擦無匙孔焊接裝置進行點焊分如下三個步驟
(1) :高速驅動電機通過傳動系統(tǒng)驅動攪拌摩擦工具頭，旋轉插入被焊工件內，并一直保持旋轉和攪拌摩擦，直至焊接結束。攪拌摩擦工具的轉速為300~40000轉/分，攪拌摩擦工 具插入被焊工件內的插入量為0.01 2毫米。
(2) :攪拌摩擦工具頭在被焊工件的表面平面內，以一垂直于該平面的直線為軸線繞行。 攪拌摩擦工具的環(huán)行線速度為0.1~1500毫米/秒，
(3):焊接結尾時，可伸縮的攪拌頭緩慢縮回到攪拌摩擦工具頭內部，攪拌頭環(huán)行焊接成型為一個完整的無匙孔的點焊焊接點。焊接結束。
本發(fā)明的優(yōu)點焊點的焊接區(qū)面積比較大；焊點的焊接過程中，焊點部分的材料被充分地均勻攪拌，同時環(huán)行運動使得被焊材料的預熱較好；焊點的焊接質量好，焊點的表面沒 有匙孔缺陷；焊點的剪切強度和抗拉強度較高。


圖l為現有技術中摩擦點焊過程的示意圖2為現有技術攪拌摩擦縫焊示意圖3為本發(fā)明裝置結構示意圖中l(wèi)機床垂直導軌，2低速驅動伺服電機，3偏心輪，4伸縮驅動伺服電機，5伸縮機構， 6固定架，7高速驅動電機，8主驅動傳動機構，9行星輪系，IO攪拌軸，ll夾具頭，12攪拌摩 擦工具頭，13被焊件，14工作臺，15機床工作臺升降機構。
具體實施例方式
本發(fā)明的雙螺旋環(huán)行攪拌摩擦無匙孔點焊裝置如圖3所示，該裝置包括機床垂直導軌l、 低速驅動伺服電機2、偏心輪3、伸縮驅動伺服電機4、伸縮機構5、固定架6、高速驅動電機7、 主驅動傳動機構8、行星輪系9、攪拌軸IO、夾具頭ll、攪拌摩擦工具頭12。固定架6安裝在機 床的垂直升降導軌l上，高速驅動電機7、低速驅動伺服電機2、主驅動傳動機構8及行星輪系9 均安裝在固定架6上。高速驅動電機7與主驅動傳動機構8相連，主驅動傳動機構8與行星輪系9 相連，低速驅動伺服電機2與偏心輪3的中心軸相連，在偏心輪3上裝有攪拌軸10，攪拌軸IO 通過伸縮機構與伸縮驅動伺服電機4相連接，伸縮機構5采用螺紋升降，攪拌軸10的下部裝有 夾具頭ll,攪拌軸10的底端裝有攪拌摩擦工具頭12。
使用本發(fā)明的裝置進行焊接
例l高速驅動電機7通過主驅動傳動系統(tǒng)8驅動攪拌摩擦工具頭12，旋轉插入被焊工件13 內，并一直保持旋轉和攪拌摩擦，所用攪拌摩擦工具軸肩直徑為15mm，攪拌摩擦工具轉速 1500r/min，攪拌摩擦工具軸肩壓入被焊材料的壓入量為0.2mm,攪拌針的伸縮速度為0.05m/s。 攪拌摩擦工具頭在被焊工件的表面平面內，以一垂直于該平面的直線為軸線繞行。環(huán)行半徑 為7.5mm，環(huán)行角速度為lr/min。焊接的后階段，可伸縮的攪拌頭緩慢縮回到攪拌摩擦工具頭 內部，攪拌頭環(huán)行焊接成型為一個完整的無匙孔的點焊焊接點，焊接結束。
例2焊接操作過程與例l相同，工藝參數為
攪拌摩擦工具軸肩直徑為25mm，攪拌摩擦工具轉速5000r/min，攪拌摩擦工具軸肩壓入 被焊材料的壓入量為0.15mm，攪拌伸的伸縮速度為0.01m/s，環(huán)行半徑為10mm，環(huán)行角速度 為3r/min。
權利要求
1、一種雙螺旋環(huán)行攪拌摩擦無匙孔點焊裝置，其特征在于包括機床垂直導軌、低速驅動伺服電機、偏心輪、伸縮驅動伺服電機、伸縮機構、固定架、高速驅動電機、主驅動傳動機構、行星輪系、攪拌軸、夾具頭、攪拌摩擦工具，固定架安裝在機床的垂直升降導軌上，高速驅動電機、低速驅動電機、主驅動傳動機構及行星輪系均安裝在固定架上，高速驅動電機與主驅動傳動機構相連接，主驅動傳動機構與行量輪系連接，安裝在固定架上的低速驅動伺服電機與偏心輪的中心軸相連接，在偏心輪上裝有攪拌軸，攪拌軸通過一個伸縮機構與伸縮驅動伺服電機相連接，攪拌軸的下部裝有夾具頭，攪拌軸底端裝有攪拌摩擦工具頭，攪拌摩擦工具頭的中心裝有可伸縮的摩擦攪拌針，行星輪系軸與偏心輪相連接。
2、 如權利要求1所述的雙螺旋環(huán)行攪拌摩擦無匙孔點焊裝置，其特征在于所述主驅動傳 動機構采用帶傳動或齒輪傳動。
3、 如權利要求1所述的雙螺旋環(huán)行攪拌摩擦無匙孔點焊裝置，其特征在于所述伸縮機構 采用螺紋升降。
4、 如權利要求1所述的雙螺旋環(huán)行攪拌摩擦無匙孔點焊裝置，其特征在于所述行星輪系 軸與偏心輪相連接，要求偏心輪中心軸線與攪拌軸線及行星輪系軸線共面，偏心輪所開2個 軸孔在徑向上。
5、 權利要求1所述的雙螺旋環(huán)行攪拌摩擦無匙孔點焊方法，其特征在于包括以下步驟(1) 高速驅動電機通過傳動系統(tǒng)驅動攪拌摩擦工具頭，旋轉插入被焊工件內，并一直保 持旋轉和攪拌摩擦，直至焊接結束，攪拌摩擦工具的轉速為300~40000轉/分，攪拌摩擦工具 插入被焊工件內的插入量為0.01 2毫米；(2) 攪拌摩擦工具頭在被焊工件的表面平面內，以一垂直于該平面的直線為軸線繞行， 攪拌摩擦工具的環(huán)行線速度為0.1~1500毫米/秒；(3) 焊接結尾時，可伸縮的攪拌頭緩慢縮回到攪拌摩擦工具頭內部，攪拌頭環(huán)行焊接成 型為一個完整的無匙孔的點焊焊接點，焊接結束。
全文摘要
一種雙螺旋環(huán)行攪拌摩擦無匙孔點焊方法及裝置，該裝置的固定架安裝在機床的垂直升降導軌上，高速驅動電機、低速驅動電機、主驅動傳動機構及行星輪系均安裝在固定架上，高速驅動電機與主驅動傳動機構相連接，主驅動傳動機構與行量輪系連接，安裝在固定架上的低速驅動伺服電機與偏心輪的中心軸相連接，在偏心輪上裝有攪拌軸，攪拌軸通過一個伸縮機構與伸縮驅動伺服電機相連接，攪拌軸的下部裝有夾具頭，攪拌軸底端裝有攪拌摩擦工具頭，攪拌摩擦工具頭的中心裝有可伸縮的摩擦攪拌針，行星輪系軸與偏心輪相連接，使用該裝置進行點焊焊接區(qū)面積比較大；焊接質量好，焊點的表面沒有匙孔缺陷；焊點的剪切強度和抗拉強度較高。
文檔編號B23K20/12GK101200021SQ200710158250
公開日2008年6月18日 申請日期2007年11月13日 優(yōu)先權日2007年11月13日
發(fā)明者張明川, 兵 李, 磊 王, 謝里陽 申請人:謝里陽